TWM578903U - Permanent magnet motor - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種永磁式電機，包括轉子、定子及複數個磁鐵。轉子具有軸心及外周緣，且定子環繞於轉子之外周緣。該些磁鐵嵌設於轉子且以軸心為中心環繞分佈。每一磁鐵具有鄰近轉子外周緣之側緣，且磁鐵之中心與軸心之連線定義磁鐵中軸。轉子於鄰近磁鐵之側緣處形成有第一凹槽及二個第二凹槽，第一凹槽之中心位於磁鐵中軸上，二個第二凹槽對稱於磁鐵中軸。藉此，可更有效地降低漏磁與頓轉扭矩、減少扭矩漣波並提升轉矩常數，進而達到提升電機之效率之功效。

Description

永磁式電機

本創作係關於一種永磁式電機，尤指一種其轉子具有凹槽設計之永磁式電機。

一般而言，永磁電機之結構係包括轉子及定子，定子係設有繞組，轉子係設有永久型磁鐵，且轉子可例如透過矽鋼片堆疊而成。其中，係藉由定子與轉子產生之磁力相互作用，從而使轉子進行轉動。

為了增加馬達效率，若能提升單位電流所能產生的扭力比值，或稱為轉矩常數（Torque Constant, K _T）。詳細地說，馬達具有較大的轉矩常數K _T，在相同的扭力需求下則需要較低的電流，可有效降低的銅線損耗，達到提升效率之成效。

習知技術中，係在轉子之外徑開設多個矩形槽孔，以整理磁束，並達到提升馬達扭矩或者降低頓轉扭矩之效果。然而，於實際製程中，由於矩形槽孔較難以製作，且轉子上可挖槽空間較小，因此通常會增加導角。而增加導角係使得槽孔形狀及大小改變，若槽孔太小，則會影響設計性能，減少降低頓轉扭矩之效果，造成設計與製作上的落差。

故此，如何發展一種有別於往的永磁式電機，以改善習知技術中的問題與缺點，實為目前技術領域中的重點課題。

本創作之主要目的為提供一種永磁式電機，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。

本創作之另一目的為提供一種永磁式電機，透過於接近磁鐵之側緣與末端處形成凹槽，以更有效地降低漏磁與頓轉扭矩、減少扭矩漣波並提升轉矩常數，進而達到提升電機之效率之功效。

本創作之另一目的為提供一種永磁式電機，藉由於鄰近磁鐵之兩末端形成對稱之圓形凹槽或弧形凹槽，以降低頓轉扭矩，且能增加製作之便利性，並使設計與實作效能接近。

本創作之另一目的為提供一種永磁式電機，透過於轉子之外周緣且鄰近磁鐵之末端處形成凹部，且於設置磁鐵之嵌槽兩端形成孔洞，以於相鄰磁鐵間形成窄小路徑，使磁力線往中央集中，並可使漏磁量減少且轉矩常數上升。

為達上述目的，本創作之一較佳實施態樣為提供一種永磁式電機，包括：一轉子，具有一軸心及一外周緣；一定子，係環繞於該轉子之該外周緣設置；以及複數個磁鐵，係嵌設於該轉子且以該軸心為中心環繞分佈，其中每一該磁鐵具有一側緣，該側緣係鄰近該轉子之該外周緣，且該磁鐵之中心與該軸心之連線係定義一磁鐵中軸；其中，該轉子於鄰近該磁鐵之該側緣處係形成有一第一凹槽及二個第二凹槽，該第一凹槽之中心係位於該磁鐵中軸上，該二個第二凹槽係對稱於該磁鐵中軸。

體現本創作特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本創作能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本創作的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本創作。

請參閱第1圖及第2圖，其中第1圖係顯示本創作較佳實施例之永磁式電機之結構示意圖，以及第2圖係顯示本創作較佳實施例之永磁式電機之上視圖。如第1圖及第2圖所示，本創作較佳實施例之永磁式電機1係包括轉子2、定子3及複數個磁鐵4。其中，轉子2可透過多個矽鋼片堆疊而成，定子3可具有環繞於其齒部之繞組，且每一個磁鐵4可為長條形永久磁鐵，然皆不以此為限。

轉子2具有軸心C及外周緣20，且定子3係環繞於轉子2之外周緣20設置，其中定子3與轉子2之間係具有間隙。複數個磁鐵4係嵌設於轉子2且以軸心C為中心彼此對稱環繞分佈於接近外周緣20處，其中每一個磁鐵4具有一側緣40，該側緣40係朝向且鄰近轉子2之外周緣20，且每一個磁鐵4之中心與軸心C之連線延伸係定義一磁鐵中軸A。舉例而言，本實施例使用磁鐵4之數量為四個，且四個磁鐵4係以轉子2之軸心C為圓心，分別對應約90度之圓心角對稱分佈，然並不以此為限，基於對稱的六個、八個、或更多磁鐵的分佈方式均為可行的設計。

轉子2之外周緣20於鄰近每一個磁鐵4之側緣40處係形成有第一凹槽21及二個第二凹槽22，第一凹槽21之中心係位於磁鐵中軸A上，其中每一個第一凹槽21可為矩形凹槽或橢圓形凹槽，但並不以此為限。二個第二凹槽22係對稱於磁鐵中軸A分佈，且其中每一個第二凹槽22係鄰近對應之磁鐵4之一末端部41。每一個第二凹槽22之中心與軸心C之連線延伸係定義一第一軸A1，且第一軸A1與磁鐵中軸A之間具有第一角度θ1，其中第一角度θ1係例如但不限於大於或等於25度且小於或等於35度。根據前述設計，將第一凹槽21形成於接近對應之磁鐵4之正中間，且將二個第二凹槽22分別形成於接近對應之磁鐵4之二個末端部41處，較有降低頓轉扭矩以及提升轉矩常數K _T之效果。

第一凹槽21沿Y軸方向之尺寸大小可為大於或等於2毫米且小於或等於5毫米，較佳地為4.7毫米且係由轉子2之外周緣20往軸心C延伸，藉此可在損失過多扭矩之前提下具有最低之扭矩漣波，然並不以此為限。並且，第一凹槽21沿X軸方向之尺寸大小可為大於或等於1毫米且小於或等於4毫米，較佳地為2.5毫米，超過2.5毫米後，扭矩漣波之下降趨勢趨緩，然亦不以此為限。

於一些實施例中，如第2圖所示，第一凹槽21及二個第二凹槽22係位於對應之磁鐵4之側緣40與轉子2之外周緣20之間，且其中每一個第二凹槽22係為一圓形凹槽。由於第二凹槽22係鄰近對應之磁鐵4之末端部41處，可挖槽空間較小，故圓形凹槽較為容易進行製作，增加了製作之便利性。圓形之第二凹槽22之圓心與軸心C之連線延伸係定義一第一軸A1，且第一軸A1與磁鐵中軸A之間具有第一角度θ1，第一角度θ1較佳地為26.8度，此情況下具有最低之扭矩漣波，扭矩最大且轉矩常數K _T為最高值，然並不以此為限。

於一些實施例中，如第3圖所示，第3圖係顯示本創作另一較佳實施例之永磁式電機之上視圖，第一凹槽21係位於對應之磁鐵4之側緣40與轉子2之外周緣20之間，且二個第二凹槽22’係位於轉子2之外周緣20，亦即，相較於第2圖所示之實施例，此實施例係將圓形凹槽更向外推至轉子2之外周緣20處，或使與外周緣20有部分重疊，使每一個第二凹槽22’可能呈現為一弧形凹槽。弧形凹槽相較於圓形凹槽，雖些微減少了降低頓轉扭矩之效果，然其更增加製作之便利性。弧形之第二凹槽22’之圓心與軸心C之連線延伸係定義一第一軸A1，且第一軸A1與磁鐵中軸A之間具有第一角度θ1，第一角度θ1較佳地為30.6度，此情況下具有最低之扭矩漣波，扭矩最大且轉矩常數K _T為最高值，然亦不以此為限。

換言之，本創作提供之永磁式電機，係透過於接近磁鐵之側緣與末端處等形成凹槽，以更有效地降低漏磁與頓轉扭矩、減少扭矩漣波並提升轉矩常數K _T，進而達到提升電機之效率之功效。並且，藉由於鄰近磁鐵之兩末端處形成對稱之圓形凹槽或弧形凹槽，以降低頓轉扭矩，且能增加製作之便利性，並使設計與實作效能接近。

請參閱第1圖、第2圖及第4圖，其中第4圖係顯示本創作較佳實施例A之永磁式電機之轉子之上視圖。如第1圖、第2圖及第4圖所示，於一些實施例中，轉子2之外周緣20於鄰近每一個磁鐵4之二個末端部41處更分別對應形成有二個凹部23，且每一個凹部23均具有一端點230，該端點為凹部23當中與軸心C相距最短距離處。凹部23之端點230與軸心C之連線延伸係定義一第二軸A2，且第二軸A2與磁鐵中軸A之間具有第二角度θ2，其中第二角度θ2係大於前述第一角度θ1。

於一些實施例中，轉子2更具有複數個嵌槽24，該複數個嵌槽24係對應該複數個磁鐵4配置，且該複數個磁鐵4係一對一地嵌設於對應之該複數個嵌槽24中，即嵌槽24之數量係對應於磁鐵4之數量，其中每一個嵌槽24之二端係向轉子2之外周緣20分別延伸出一孔洞240。另外，嵌槽24的外型大致與磁鐵4對應，但設計不限於此。孔洞240與凹部23係共同構成相鄰兩個磁鐵4間之窄小路徑，該路徑之寬度為例如但不限於0.7毫米，藉此窄小路徑可將磁力線更往路徑中央集中，提供扭力峰值，且減少漏磁量。

換言之，本創作提供之永磁式電機，係透過於轉子之外周緣且鄰近磁鐵之末端處形成凹部，且於設置磁鐵之嵌槽兩端形成孔洞，以於相鄰磁鐵間形成窄小路徑，使磁力線往中央集中，並可使漏磁量減少且轉矩常數K _T上升。

請參閱第4圖，於第4圖所示之實施例A中，轉子2具有四個用以設置磁鐵之嵌槽24，每一個嵌槽24之二端係延伸出二個孔洞240，且對應於鄰近的每一個嵌槽24係形成有一個呈矩形之第一凹槽21、二個第二凹槽22以及二個凹部23。

請參閱第5圖，第5圖係顯示本創作另一實施例B之永磁式電機之轉子之上視圖。於第5圖所示之實施例B中，轉子2具有四個用以設置磁鐵之嵌槽24，每一個嵌槽24之二端係延伸出二個孔洞240，且對應於鄰近的每一個嵌槽24係形成有一個呈橢圓形之第一凹槽21、二個第二凹槽22以及二個凹部23。亦即，相較於實施例A，實施例B之主要差異在於其第一凹槽21係呈橢圓形。

請參閱第6圖，第6圖係顯示本創作另一實施例C之永磁式電機之轉子之上視圖。於第6圖所示之實施例C中，轉子2具有四個用以設置磁鐵之嵌槽24，每一個嵌槽24之二端係延伸出二個孔洞240，且對應於鄰近的每一個嵌槽24係形成有一個呈矩形之第一凹槽21以及二個凹部23。亦即，相較於實施例A，實施例C主要差異在於其不具有第二凹槽22。

請參閱第7圖，第7圖係顯示本創作另一實施例D之永磁式電機之轉子之上視圖。於第7圖所示之實施例D中，轉子2具有四個用以設置磁鐵之嵌槽24，每一個嵌槽24之二端係延伸出二個孔洞240，且對應於鄰近的每一個嵌槽24係形成有二個第二凹槽22以及二個凹部23。亦即，相較於實施例A，實施例D主要差異在於其不具有第一凹槽21。

請參閱第8圖，第8圖係顯示本創作另一實施例E之永磁式電機之轉子之上視圖。於第8圖所示之實施例E中，轉子2具有四個用以設置磁鐵之嵌槽24，每一個嵌槽24之二端係延伸出二個孔洞240，且對應於鄰近的每一個嵌槽24係形成有一個呈矩形之第一凹槽21以及二個第二凹槽22。亦即，相較於實施例A，實施例E主要差異在於其不具有凹部23。

將前述實施例A、實施例B、實施例C、實施例D及實施例E所示之轉子2實際應用於永磁式電機中，經檢測所得到之扭矩、扭矩漣波峰對峰值以及扭矩漣波峰對峰值/扭矩之百分比值係如下表1所示：

表 1 實施例A實施例B實施例C實施例D實施例E扭矩(N-m)7.747.877.708.17.64扭矩漣波峰對峰值(N-m)0.5760.8390.6631.750.927扭矩漣波峰對峰值/扭矩(%)7.4410.668.6121.612.13

理想之馬達設計係期望具有最小之扭矩漣波，因此，在表1中所示各實施例之扭矩相差不大之前提下，扭矩漣波峰對峰值之數值越小越好，以表1而言實施例A為較佳的設計。

綜上所述，本創作提供一種永磁式電機，透過於接近磁鐵之側緣與末端處形成凹槽，以更有效地降低漏磁與頓轉扭矩、減少扭矩漣波並提升轉矩常數K _T，進而達到提升電機之效率之功效。並且，藉由於鄰近磁鐵之兩末端形成對稱之圓形凹槽或弧形凹槽，以降低頓轉扭矩，且能增加製作之便利性，並使設計與實作效能接近。同時，透過於轉子之外周緣且鄰近磁鐵之末端處形成凹部，且於設置磁鐵之嵌槽兩端形成孔洞，以於相鄰磁鐵間形成窄小路徑，使磁力線往中央集中，並可使漏磁量減少且轉矩常數K _T上升。

縱使本創作已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧永磁式電機

2‧‧‧轉子

20‧‧‧外周緣

21‧‧‧第一凹槽

22、22’‧‧‧第二凹槽

23‧‧‧凹部

230‧‧‧端點

24‧‧‧嵌槽

240‧‧‧孔洞

3‧‧‧定子

4‧‧‧磁鐵

40‧‧‧側緣

41‧‧‧末端部

C‧‧‧軸心

X、Y‧‧‧軸

A‧‧‧磁鐵中軸

A1‧‧‧第一軸

A2‧‧‧第二軸

θ1‧‧‧第一角度

θ2‧‧‧第二角度

第1圖係顯示本創作較佳實施例之永磁式電機之結構示意圖。 第2圖係顯示本創作較佳實施例之永磁式電機之上視圖。 第3圖係顯示本創作另一較佳實施例之永磁式電機之上視圖。 第4圖係顯示本創作較佳實施例A之永磁式電機之轉子之上視圖。 第5圖係顯示本創作另一實施例B之永磁式電機之轉子之上視圖。 第6圖係顯示本創作另一實施例C之永磁式電機之轉子之上視圖。 第7圖係顯示本創作另一實施例D之永磁式電機之轉子之上視圖。 第8圖係顯示本創作另一實施例E之永磁式電機之轉子之上視圖。

Claims (14)

1. 一種永磁式電機，包括： 一轉子，具有一軸心及一外周緣； 一定子，係環繞於該轉子之該外周緣設置；以及 複數個磁鐵，係嵌設於該轉子且以該軸心為中心環繞分佈，其中每一該磁鐵具有一側緣，該側緣係鄰近該轉子之該外周緣，且該磁鐵之中心與該軸心之連線係定義一磁鐵中軸； 其中，該轉子於鄰近該磁鐵之該側緣處係形成有一第一凹槽及二個第二凹槽，該第一凹槽之中心係位於該磁鐵中軸上，該二個第二凹槽係對稱於該磁鐵中軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中每一該第二凹槽之中心與該軸心之連線係定義一第一軸，且該第一軸與該磁鐵中軸之間具有一第一角度，且其中該第一角度係大於或等於25度且小於或等於35度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中該第一凹槽係為一矩形凹槽或一橢圓形凹槽。
4. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中該第一凹槽及該二個第二凹槽係位於對應之該磁鐵之該側緣與該轉子之該外周緣之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之永磁式電機，其中每一該第二凹槽係為一圓形凹槽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中該第一凹槽係位於對應之該磁鐵之該側緣與該轉子之該外周緣之間，且該二個第二凹槽係位於該轉子之該外周緣。
7. 如申請專利範圍第6項所述之永磁式電機，其中每一該第二凹槽係為一弧形凹槽。
8. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中每一該磁鐵為長條形。
9. 如申請專利範圍第8項所述之永磁式電機，其中每一該第二凹槽係鄰近對應之該磁鐵之一末端部。
10. 如申請專利範圍第8項所述之永磁式電機，其中該轉子之該外周緣於鄰近對應之該磁鐵之二個末端部處更分別形成有二個凹部。
11. 如申請專利範圍第10項所述之永磁式電機，其中每一該第二凹槽之中心與該軸心之連線係定義一第一軸，且該第一軸與該磁鐵中軸之間具有一第一角度，且其中該凹部具有一端點，該端點為該凹部當中與該軸心相距最短距離處，其中該端點與該軸心之連線係定義一第二軸，且該第二軸與該磁鐵中軸之間具有一第二角度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之永磁式電機，其中該第二角度係大於該第一角度。
13. 如申請專利範圍第1項所述之永磁式電機，其中該轉子係具有複數個嵌槽，每一該嵌槽係與每一該磁鐵相對應，且每一該磁鐵係嵌設於對應之該嵌槽。
14. 如申請專利範圍第13項所述之永磁式電機，其中每一該嵌槽之二端係分別延伸出一孔洞。